Карнитин - аминокислота, природное вещество, родственное витаминам группы В. В отличие от витаминов, карнитин синтезируется в организме, поэтому его называют витаминоподобным веществом. Карнитин был открыт В. С. Гулевичем и Р. З. Кримбергом в 1905 году. В 1960 г. впервые был синтезирован. В 1962 году была определена роль карнитина - он переносит длинноцепочечные жирные кислоты в митохондрии через внутреннюю мембрану.
Физико-химические свойства. Карнитин - белый кристаллический, гигроскопический порошок. Температура плавления - 197° C. Легко растворим в воде и горячем спирте. Практически нерастворим в ацетоне, эфире и бензоле. Удельное вращение от -29° до -32°. Карнитин существует в двух стереоизомерных формах: L-форма и D-форме. В клетках млекопитающих содержится L-карнитин, D-карнитин имеет синтетическое происхождение. Биологической активностью обладает только L-карнитин. D- карнитин не оказывает положительного влияния на организм, являясь конкурентным антагонистом левокарнитина. По физическим свойствам: белый кристаллический порошок без запаха, легко растворим в воде, мало растворим в этаноле.
По химическому строению карнитин является у-триметиламино-Р- оксибутиратом (рис. 34).
Биологическая функция. Можно выделить следующие функции карнитина:

1. Транспорт одноцепочечных жирных кислот в митохондриальный матрикс.


Рис. 34. Химическая структура карнитина.

Наряду с белками и углеводами основными источниками энергии являются жиры. Образование энергии из жиров зависит от согласованной работы множества ферментов и переносчиков. Конечной и одной из важнейших стадий этого процесса является окисление жирных кислот и синтез АТФ в митохондриях. Уровень синтеза АТФ зависит от поступления жирных кислот внутрь митохондрий. Ключевым участником этого процесса является L-карнитин, который транспортирует длинноцепочечные жирные кислоты в митохондрии через внутреннюю мембрану последних, в которых происходит их в-окисление до ацетил-КоА с последующей его утилизацией. Ацильная группа переносится с атома серы КоА на гидроксильную группу карнитина с образованием ацилкарнитина, который диффундирует через внутреннюю митохондриальную мембрану (рис. 35).

Рис. 35. Образование ацилкарнитина.
Реакция протекает при участии специфического цитоплазматического фермента карнитин-ацилтрансферазы. Уже на той стороне мембраны,
которая обращена к матриксу, ацильная группа переносится обратно на КоА, что термодинамически выгодно, поскольку О-ацильная связь в кар- нитине обладает высоким потенциалом переноса группы. Иными словами, после прохождения ацилкарнитина через мембрану митохондрий происходит обратная реакция - расщепление ацилкарнитина при участии HS-KoA и митохондриальной карнитин-ацилтрансферазы (рис. 36).
В более древних органеллах - оксисомах, пероксисомах, карнитин обеспечивает и челночный механизм по доставке ацетил-КоА в цитоплазму для пластических целей. Из молодых органелл - митохондрий, мембрана которых в обратном направлении непроницаема для карнитина, транспорт ацетил-КоА в цитоплазму осуществляется с помощью цитрата, а поступающий в митохондрии карнитин декарбоксилируется до Р- метилхолина с последующим удалением.
Рис. 36. Расщепление ацилкарнитина при участии HS-KoA и митохондриальной карнитин-ацилтрансферазы.

2. Контроль и модуляция внутриклеточного пула КоА.

L-Карнитин играет также важную роль в сохранении стабильного уровня кофермента А (КоА), который необходим для активирования карбоксилсодержащих метаболитов. Тем самым карнитин включается в промежуточный обмен в целом, регулируя соотношение ацил-КоЛ/КоЛ и поддерживая необходимый уровень свободного КоЛ в клетке. КоЛ необходим для Р-окисления, для катаболизма некоторых аминокислот, для дезинтоксикации органических кислот и ксенобиотиков, для функционирования пируватдегидрогеназы и, следовательно, для работы цикла трикарбоновых кислот. L-Карнитин способствует удалению короткоцепочечных жирных кислот из митохондрии, освобождая внутримитохондриальный КоЛ, стабилизация уровня которого и функциональная взаимосвязь между пулами
КоА и левокарнитина являются жизненно важными для оптимизации энергетического метаболизма.

3. Дезинтоксикация органических кислот и ксенобиотиков.

Цитотоксические органические кислоты, как и ксенобиотики, био-
трансформируются превращением в производные ацил-CoA, которые удаляются из дальнейшего катаболического процесса.

4. Анаболические функции.

Анаболический эффект L-карнитина был установлен экспериментально, а также опытом длительного применения в медицинской и спортивно-медицинской практике без объяснения механизма действия. Возможно, анаболические функции L-карнитина осуществляются путем участия в метаболизме фосфолипидов за счет поддержания оптимального соотношения ацил-КоА/КоА. Анаболическое действие L-карнитина обусловлено как повышением секреции и ферментативной активности желудочного и кишечного соков, в связи с чем повышается усвояемость пищи, в частности белка, так и увеличением производительности при физических нагрузках.

5. Защитное действие при апоптозе.

L-карнитин оказывает защитное действие при апоптозе, что обусловлено ингибированием синтеза церамидов (мощные промоторы клеточного апоптоза) и активности каспаз (ключевые медиаторы апоптоза).

6. Нейрозащитный эффект.

Нейрозащитный эффект L-карнитина, установленный в серии экспериментов на животных (введение метамфетамина), может быть связан с предотвращением нарушения метаболических процессов, вызванных ме- тамфетамином и приводящих к дефициту энергии. Влияние L-карнитина на снижение токсичности, вызываемой введением метамфетамина, продолжает изучаться.
Распространенность и потребность. В организме животных и человека наиболее вероятным источником образования карнитина является глутаминовая кислота, из которой предварительно путем декарбоксилиро- вания образуется аминооксимаслянная кислота. Карнитин содержится во всех органах, особенно в большом количестве в тканях с необходимостью высокого энергетического обеспечения - мышцах, миокарде, мозге, печени, почках. Он обнаружен так же в фильтрате дрожжевого и печеночного экстрактов, позвоночных и беспозвоночных. Потребность в карнитине достаточно индивидуальна (в среднем 200-500 мг/сут для взрослого человека) и значительно повышается (в 4-20 раз) при умственных, физических и эмоциональных нагрузках, заболеваниях и особых функциональных состояниях (стресс, беременность, кормление грудью, спорт и др.). Эндогенный синтез у взрослого человека обеспечивает только около 10% потребности организма в карнитине и требует участия витаминов С, В3, В6, фолиевой кислоты, железа, ряда аминокислот и ферментов. При дефиците хотя бы
одного из компонентов может развиться недостаточность карнитина с ее многообразными системными проявлениями. Карнитин содержится в организме в больших количествах, что не позволяет с уверенностью причислить его к группе витаминов, хотя активное участие карнитина в обмене веществ несомненно.